SPI通信
一、简介
SPI是由Motorola公司开发的一种通用数据总线，四根通信线：SCK（Serial Clock）、MOSI（Master Output Slave Input）、MISO（Master Input Slave Output）、SS（Slave Select），同步全双工。
- SS
从设备选择信号线 ，常称为片选信号线，也记为NSS、CS。当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，共用SCK、MOSI和MISO三条总线，每个从设备都有独立的CS线，SPI协议通过CS信号寻址，当主机要选择从设备时把该从设备的CS信号设置为低电平，即片选有效，CS为高电平结束通信。 - SCK
时钟信号线，用于数据同步。由主机产生，决定了通讯的速率。 - MISO
主设备输入/从设备输出引脚 ，主机从这条信号线读入数据。当从机的SS引脚为高电平时，MISO引脚必须切换为高阻态。 - MOSI
主设备输出/从设备输入引脚，主机从这条信号线输出数据。
在STM32F4XXX中，SPI接口有两种主要功能，SPI通信 和I2S音频通信协议 ，默认是SPI通信功能。I2C协议最大通信速率可达到400KHz，而SPI协议通信速率没有上限，由芯片厂商决定。虽然SPI协议能实现全双工通信，但在单工通信时另一条线会有通信资源的浪费。SPI没有应答机制 ，但是SPI协议的引脚在通信中不会产生冲突，输出引脚只作输出、输入引脚只作输入，因此需要配置为推挽输出。SPI一般都是高位先行，主从机内部有移位寄存器实现数据的转换。
二、工作原理
- 时序基本单元
- 起始条件：CS从高电平切换到低电平
- 终止条件：CS从低电平切换到高电平
在从机被选中期间，CS要保持低电平。
- 数据传输基本单元
SPI协议数据是通过交换字节的形式进行的，数据传输没有规定死 ，极大给予了用户自由度，为适配不同SPI芯片总共有4个模式，通过两个位的值进行配置：时钟极性（Clock Polarity, CPOL）和时钟相位（Clock Phase, CPHA）。
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模式0
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模式1
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模式2
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模式3
- SPI时序
SPI协议中通常采用指令码+读写数据的模型，不同的指令会有不同的数据个数。这里以W25Q64芯片为例
- 发送指令
在CS信号起始后，第一个交换发送给从记的数据记为指令码，从机会有相应的指令集，根据所对应的指令进行响应。 - 指定地址写
在CS信号起始后，向CS指定的设备发送写指令，随后在指定地址下写入指定数据，SPI协议中同样有地址指针，每写一个数据，指针自增。每当发送完一帧数据时，"状态寄存器SR"的TXE标志位会被置1，表示传输完一帧。 - 指定地址读
在CS信号起始后，发送读指令，随后在指定地址下读取从机数据。每当接收完一帧数据时，"状态寄存器SR"的RXNE标志位会被置1，表示传输完一帧。
三、W25Qxx
W25Qxx系列是一种低成本、小型化、使用简单的非易失性存储器，常用于数据存储、字库存储和固件程序等。这里给出该芯片的框图
一整块存储空间，先划分为若干块的Block，每一块再划分为若干块的扇区Sector，每个扇区又可划分为Page。MCU通过SPI协议把指令和数据发送给从机控制逻辑，控制逻辑会自动操作内部电路。
四、Flash操作注意事项
写入操作时：
• 写入操作前，必须先进行写使能
• 每个数据位只能由1改写为0，不能由0改写为1
• 写入数据前必须先擦除，擦除后，所有数据位变为1
• 擦除必须按最小擦除单元进行
• 连续写入多字节时，最多写入一页的数据，超过页尾位置的数
据，会回到页首覆盖写入
• 写入操作结束后，芯片进入忙状态，不响应新的读写操作
读取操作时：
• 直接调用读取时序，无需使能，无需额外操作，没有页的限制，
读取操作结束后不会进入忙状态，但不能在忙状态时读取